Question

14．汽車作為一種現代交通工具正在進入千家萬戶，汽車尾氣中含有CO、NO₂等有毒氣體，其污染問題也成為當今社會急需解決的問題．
I．對汽車加裝尾氣凈化裝置，可使CO、NO_x有毒氣體相互反應轉化為無毒氣體．2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂，當轉移電子物質的量為0.8x mol時，該反應生成N₂（標準狀況下）4.48L．
II．一氧化碳是一種用途相當廣泛的化工基礎原料．可以還原金屬氧化物，可以用來合成很多有機物如甲醇（CH₃OH）、二甲醚（CH₃OCH₃）等，還可以作燃料．
（1）在壓強為0.1MPa條件下，將a mol CO與3a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0
若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是BD．
A．升高溫度                    B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大   D．再充入2mol CO和6mol H₂
（2）將水蒸氣通過紅熱的炭即可產生水煤氣．反應為C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.3kJ•mol^-1．一定溫度下，在一個容積可變的密閉容器中，發生上述反應，下列能判斷該反應達到化學平衡狀態的是bd（填字母，下同）．
a．容器中的壓強不變
b．1mol H-H鍵斷裂的同時，斷裂2mol H-O鍵
c．c（CO）=c（H₂）
d．密閉容器的容積不再改變
（3）某研究小組研究了其他條件不變時，改變條件對可逆反應：2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）△H＜0的影響．下列說法正確的是D
A．a圖中圖1研究的是溫度、壓強對平衡的影響，橫軸表示壓強
B．a圖中圖2研究的是溫度對平衡的影響，Ⅱ采用的溫度更低
C．a圖中圖3中t₀時使用了催化劑，使平衡向正反應方向移動
D．a圖中圖4中t₀時增大壓強，使平衡向正反應方向移動
（4）一定條件下，CO與H₂可合成甲烷，反應方程式為CO（g）+3H₂（g）?CH₄ （g）+H₂O（g）
①一定條件下，該反應能夠自發進行的原因是2CO（g）+2H₂（g）?CO₂（g）+CH₄（g）△H=（2a+2b-c）KJ/mol．
②已知H₂（g）、CO（g）、和CH₄ （g）的燃燒△H分別等于aKJ/mol、bkJ/mol和cKJ/mol，寫出CO與H₂反應生成CH₄和CO₂的熱化學方程式AgCl+2NH₃•H₂O=Ag（NH₃）₂⁺+Cl^-+2H₂O．
（5）甲醇制取甲醛可用Ag作催化劑，含有AgCl會影響Ag催化劑的活性，用氨水可以溶解除去其中的AgCl，寫出該反應的離子方程式：AgCl+2NH₃•H₂O=Ag（NH₃）₂⁺+Cl^-+2H₂O．
（6）CuFe₂O₄可用電化學方法得到，其原理如b圖所示，則陽極的電極反應式為Cu+2Fe+4O^2--8e^-=CuFe₂O₄．
（7）以H₂為燃料可制作氫氧燃料電池．已知2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-572kJ•mol^-1某氫氧燃料電池釋放228.8kJ電能時，生成1mol液態水，該電池的能量轉化率為80%．

Answer 1

分析 Ⅰ．依據化學方程式中元素化合價變化計算電子轉移總數，每生成1molN₂電子轉移0.4xmol電子計算；
Ⅱ．（1）增加甲醇產率需要平衡正向進行，依據平衡移動原理結合反應特征是氣體體積減小的放熱反應分析選項判斷；
（2）反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度、含量等不再發生變化，以及由此衍生的其它量不變，可由此進行判斷；
（3）升高溫度，化學反應速率加快，平衡向著吸熱的方向移動；增大壓強，化學反應速率加快，平衡向著氣體體積減小的方向移動；使用催化劑，加快化學反應速率，對平衡不產生影響；
（4）①依據自發進行的判斷依據△H-T△S＜0分析；
②依據燃燒熱寫出反應的熱化學方程式，結合蓋斯定律計算得到；
（5）氯化銀中加入氨水，發生絡合反應，生成銀氨絡合離子；
（6）陽極上Fe、Cu失電子和氧離子反應生成CuFe₂O₄；
（7）根據熱化學反應方程式計算生成1mol水放出的能量，再利用燃料電池釋放228.8KJ電能來計算電池的能量轉化率．

解答 解：I.2xCO+2NO_x═2xCO₂+N₂，反應中生成1molN₂電子轉移2xmol電子，當轉移電子物質的量為0.8x mol時，反應生成氮氣0.2mol，
標準狀況下氣體體積為0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：4.48L；
II．（1）反應是氣體體積減小的放熱反應，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率：
A．升高溫度，平衡逆向進行，甲醇產率減小，故A錯誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向進行，甲醇產率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，分壓不變，平衡不動，故C錯誤；
D．再充入2mol CO和6mol H₂ ，反應物濃度增大，平衡正向進行，甲醇產率增大，故D正確；
故答案為：BD；
（2）a．反應前后氣體的物質的量不發生變化，容器中始終壓強不變，不能說明反應到達平衡，故a錯誤；
b．l molH-H鍵斷裂的同時斷裂2mol H-O鍵，斷裂2mol H-O鍵同時生成l molH-H鍵，說明反應到達平衡，故b正確；
c．c（CO）=c（H₂），與加入反應物多少有關，根據反應可知，自始至終c（CO）=c（H₂），不能說明反應到達平衡，故c錯誤；
d．反應前后前提條件不同，體積不變說明正逆反應速率相等，各組分濃度不變，反應達到平衡狀態，故d正確；
故選：bd；
（3）A．增大壓強，平衡正向移動，二氧化硫的轉化率增大，故A錯誤；
B．升高溫度，反應速率增大，平衡逆向移動，轉化率減小，Ⅱ采用的溫度更高，故B錯誤；
C．加入催化劑，平衡不移動，故C錯誤；
D．反應物氣體計量數之和大于生成物，增大壓強，平衡向正反應方向移動，故D正確．
故答案為：D；
（4）①CO（g）+3H₂（g）?CH₄（g）+H₂O（g），反應△S＜0，依據自發進行的判斷依據△H-T△S＜0，所以△H＜0，故答案為：該反應△H＜0；
②H₂（g）、CO（g）和 CH₄（g）的燃燒熱分別為285.8kJ•mol^-1、283.0kJ•mol^-1和890，0kJ•mol^-1．
a、H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=akJ•mol^-1
b、CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂ （g）△H=bkJ•mol^-1
c、CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=ckJ•mol^-1
依據蓋斯定律（b+a）×2-c得到2CO（g）+2H₂（g）?CH₄（g）+C0₂（g）△H=（2a+2b-c）KJ/mol，
故答案為：2CO（g）+2H₂（g）?CO₂（g）+CH₄（g）△H=（2a+2b-c）KJ/mol；
（5）氯化銀與氨水發生絡合反應的離子方程式：AgCl+2NH₃•H₂O=Ag（NH₃）₂⁺+Cl^-+2H₂O，
故答案為：AgCl+2NH₃•H₂O=Ag（NH₃）₂⁺+Cl^-+2H₂O；
（6）陽極上Fe、Cu失電子和氧離子反應生成CuFe₂O₄，陽極反應式為Cu+2Fe+4O^2--8e^-═CuFe₂O₄，
故答案為：Cu+2Fe+4O^2--8e^-=CuFe₂O₄；
（7）由2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（I）△H=-572KJ．mol^-1可知，生成1mol水時放出的熱量為572KJ×$\frac{1}{2}$=286KJ，
則電池的能量轉化率為為$\frac{228.8kJ}{286kJ}$×100%=80%，故答案為：80%．

點評 本題較復雜，考查的知識點多，注重了基礎知識和基本技能的訓練，同時體現新課程改革的指導思想，明確氧化還原反應、平衡移動、電化學的知識點是解答本題的關鍵．